DE3601909A1 - DISCONNECTING DEVICE - Google Patents

DISCONNECTING DEVICE

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    • F28F3/08—Elements constructed for building-up into stacks, e.g. capable of being taken apart for cleaning
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Abstract

1. Apparatus for the separation of individual constituents of flowing fluid mixtures by means of selectively permeable laminar material by pervaporation, gas permeation, reverse osmosis or ultra-filtration, consisting substantially of a stack of substantially rectangular laminar components of matching outer contours which is built up using commercially available blanks of plate heat exchangers, which components are pressed together between end plates by means of tie rods so as to be sealed at the edges and which have internal flat flow spaces and inlet and outlet channels located in the four corner regions, characterised in that the stack has a plurality of double modules, each double module having a commercially available blank (1), a commercially available sealing means (11), a sieve plate (14), a membrane (15), a flat gasket (16), a planar solid distributor blank (17), a second flat gasket (16), another membrane (15), another sieve plate (14) and a third flat gasket (16) arranged one behind the other, and a) the commercially available blank (1) of a plate heat exchanger is provided with a flow space (2) which is delimited by a surrounding sealing bead (3) and has a corrugated embossed region (4) with half-channels (5) on both sides which are continuous from top to bottom and with a plurality of holes (6) in the flow space (2) each in the vicinity of an upper and a lower channel bore (7, 8), b) the commercially available sealing means (11) is arranged in the surrounding sealing bead (3) and a channel crosspiece (12) with a flat gasket (13) is arranged in the sealing bead (3) of the blank (1) between the holes (6) and the channel bores (7, 8), c) the sieve plate (14) has the same outer contour and the same channel bores (7 to 10) as the blank (1), d) the membrane (15) is made of selectively permeable material and is larger on all sides than the flow space (2) by at least the width of the sealing bead (3), e) the flat gasket (16) has the same outer contour as the blank (1) and has recesses corresponding to the flow space (2) and the channel bores (7 to 10) and f) the flat, solid distributor blank (17) has channel bores (7 to 10) like the blank (1) and additional recesses (18, 19) connected in each case to an upper and lower channel bore (9 and 10), which recesses are partly filled by metal channel sheets (20, 21).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abtrennung einzelner Komponenten aus strömenden fluiden Gemischen mittels selektiv durchlässigem, flächigen Material (Pervaporation, Gaspermeation, Umkehrosmose, Ultrafiltration), bestehend im wesentlichen aus einem unter Verwendung handelsüblicher Platinen von Plattenwärmetauschern aufgebauten Stapel von im wesentlichen rechteckigen und in ihrer äußeren Kontur übereinstimmenden, flächigen Bauteilen, die mittels Zugankern zwischen End-Platten randseitig abdichtend zusammengepreßt sind und die innenliegende flache Strömungsnutzräume sowie in den vier Eckbereichen integrierte Zu- und Abfuhrkanäle aufweisen.The invention relates to a device for Separation of individual components from flowing fluids Mixtures using selectively permeable, flat Material (pervaporation, gas permeation, reverse osmosis, Ultrafiltration), consisting essentially of one using commercially available boards from Plate heat exchangers built stack of essentially rectangular and in their outer contour matching, flat components that by means of Sealing ties between end plates sealing on the edge are pressed together and the inner flat Flow usable spaces as well as in the four corner areas have integrated supply and discharge channels.

Bei der Pervaporation besteht das selektiv durchlässige Material aus einer sehr dünnen, porenfreien Kunststoffmembran, deren Matrix derartig gestaltet ist, daß sie für eine Komponente eines Flüssigkeitsgemisches eine wesentlich höhere Durchlässigkeit hat als für alle anderen Komponenten. Mit solchen Membranen können in vielen Fällen Trennwirkungen erzielt werden, die mit anderen Methoden nicht oder nur mit erheblich höherem Aufwand möglich sind. So ist beispielsweise in der US-PS 44 05 409 vorgeschlagen worden, die Entwässerung von Mischungen aus organischen Flüssigkeiten und Wasser so vorzunehmen, daß der Wassergehalt zuerst durch Destillation und anschließend weiter durch Pervaporation herabgesetzt wird. This is selectively permeable in pervaporation Material from a very thin, non-porous Plastic membrane, the matrix of which is designed in this way, that they are for a component of a liquid mixture has a much higher permeability than for everyone other components. With such membranes can separation effects can be achieved in many cases other methods not or only with significantly higher Effort are possible. For example, in the U.S. Patent 44 05 409 has proposed the drainage of Mixtures of organic liquids and water like this make the water content through first Distillation and then further by pervaporation is reduced.  

Als treibende Kraft der Pervaporation dient der Aktivitätsunterschied, zwischen der abzutrennenden Komponente im Gemisch und der durch die Membran permeierenden, abgetrennten Komponente, der durch Anlegen eines Unterdruckes auf der Rückseite der Membran eingestellt werden kann.The driving force behind pervaporation is the Difference in activity between those to be separated Component in the mixture and that through the membrane permeating, separated component, which by applying a negative pressure on the back of the membrane can be adjusted.

Bei der Gaspermeation arbeitet man ebenfalls mit einer porenfreien, dünnen Kunststoffmembran, deren Matrix eine selektive Durchlässigkeit für einzelne Komponenten eines Gasgemisches aufweist. Als treibende Kraft für die Gastrennung ist eine Druckdifferenz zwischen der Vorder- und Rückseite der porenfreien Membran erforderlich.With gas permeation one also works with a pore-free, thin plastic membrane, the matrix of which selective permeability for individual components of a Has gas mixture. As a driving force for Gas separation is a pressure difference between the Front and back of the non-porous membrane required.

Bei der Umkehrosmose dient eine porenfreie Kunststoffmembran zur Abtrennung einer Flüssigkomponente aus einem flüssigen Lösungsgemisch, indem z.B. Salze in wäßriger Phase zurückgehalten werden und salzfreies Wasser durch die Membran permeiert.In reverse osmosis, a non-porous serves Plastic membrane for separating a liquid component from a liquid solution mixture, e.g. Salts in aqueous phase are retained and salt-free Water permeated through the membrane.

Als treibende Kraft dient die Druckdifferenz der Flüssigkeit auf der Vorder- und Rückseite der Membran, die größer sein muß, als der osmotische Druck der Salzlösung.The pressure difference serves as the driving force Liquid on the front and back of the membrane that must be greater than the osmotic pressure of the saline solution.

Bei der Ultrafiltration schließlich werden Kunststoffmembranen mit sehr kleinen Poren verwendet, die gelöste Makromoleküle wie z.B. Proteine zurückhalten, aber kleine Moleküle in flüssiger, meist wäßriger Phase durchlassen.Finally, with ultrafiltration Plastic membranes with very small pores are used dissolved macromolecules such as Retain proteins, however small molecules in the liquid, mostly aqueous phase let through.

Wegen des unbedeutenden osmotischen Druckes von Makromolekülen ist der für die Trennung erforderliche Vordruck bei der Ultrafiltration wesentlich geringer als bei der Umkehrosmose. Because of the insignificant osmotic pressure of Macromolecule is the one required for separation Form in ultrafiltration much lower than in reverse osmosis.  

Für alle genannten Trennverfahren, insbesondere aber für die Pervaporation, sind schon lange selektiv durchlässige Materialien mit spezifizierten Eigenschaften bekannt, ohne daß es bisher in nennenswertem Umfang zu einer Ausnutzung dieser Eigenschaften gekommen ist. Das liegt vor allem daran, daß die für die genannten Trennverfahren entwickelten Vorrichtungen zu aufwendig und/oder zu störanfällig sind.For all separation processes mentioned, but especially for pervaporation have long been selectively permeable Materials with specified properties known without that it has so far been exploited to a significant extent of these properties has come. That is above all remember that for the separation process mentioned developed devices too complex and / or are prone to failure.

Für die Pervaporation sind z.B. außer in Wickeltechnik aufgebauten Vorrichtungen auch schon solche bekanntgeworden, die nach dem Konstruktionsprinzip der Filterpressen oder Plattenwärmetauscher aufgebaut sind (vergl. DE-AS 29 02 247, DE-OS 32 19 869 und DE-OS 33 03 910). Dabei sind im wesentlichen gleichartige flächige Bauteile zu einem Stapel verbunden, in dem durch entsprechende Anordnung von Kanallöchern und Dichtungen auch schon alle erforderlichen Verbindungskanäle integriert sind. Soweit ersichtlich, sind die bekannten einschlägigen Vorrichtungen bisher nicht in industriellem Maßstab eingesetzt worden. Bei Ausführungen in Kunststoff, dürften die Hauptprobleme darin liegen, daß die flächigen Bauteile bei größeren Abmessungen nicht mit den geforderten engen Toleranzen zu fertigen sind, daß der Werkstoff bei erhöhten Temperaturen keine ausreichende Dauerstandfestigkeit besitzt und unter den zur Erzielung einer befriedigenden Dichtigkeit erforderlichen hohen äußeren Drücken der Zuganker zum Fließen neigt. Ausführungen in Metall werden bisher offenbar deswegen nicht benutzt, weil sie in der Herstellung zu teuer oder nicht ausreichend korrosionsbeständig sind. Außerdem haben die erforderlichen Anpassungen an die unterschiedlichen Funktionen erhebliche Probleme aufgeworfen, die bisher nicht befriedigend gelöst werden konnten. For pervaporation e.g. except in winding technology built devices already such become known, which according to the construction principle of Filter presses or plate heat exchangers are built (see DE-AS 29 02 247, DE-OS 32 19 869 and DE-OS 33 03 910). These are essentially the same flat components connected to a stack in which by appropriate arrangement of channel holes and seals also all the necessary connection channels are integrated. As far as can be seen, the known ones relevant devices so far not in industrial Scale has been used. For versions in plastic, The main problems are likely to be that the flat Components with larger dimensions not with the required tight tolerances are that the Material insufficient at elevated temperatures Has fatigue strength and among those to achieve a satisfactory tightness required high external pressure of the tie rods tends to flow. So far, versions in metal are apparently because of this not used because they are too expensive or too expensive to manufacture are not sufficiently corrosion-resistant. Also have the necessary adjustments to the different Features posed significant problems so far could not be solved satisfactorily.  

Das gilt im wesentlichen auch für die anderen Verfahren zum Abtrennen einer Komponente aus einem strömenden, fluiden Gemisch mittels selektiv durchlässigem flächigen Material.This essentially also applies to the other processes for separating a component from a flowing, fluid mixture by means of selectively permeable flat Material.

Es besteht somit die Aufgabe, für die eingangs genannten Trennverfahren eine Vorrichtung zu entwickeln, die allen verfahrensmäßigen Anforderungen genügt, in der Herstellung besonders preisgünstig ist, die flexibel an die verschiedensten Bedingungen angepaßt werden kann, für ein Scale-up zum großtechnischen Einsatz geeignet ist und insbesondere auch die erforderliche Betriebssicherheit aufweist.There is therefore the task for the above Separation process to develop a device that everyone procedural requirements are sufficient in production is particularly inexpensive, flexible to the various conditions can be adapted for a Scale-up is suitable for industrial use and in particular the necessary operational security having.

Diese Aufgabe wird durch eine gattungsmäßige Vorrichtung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Stapel eine Mehrzahl von Doppel-Modulen aufweist, die jeweils aus folgenden, hintereinander angeordneten Bauteilen bestehen:This task is accomplished by a generic device solved, which is characterized in that the stack has a plurality of double modules, each consisting of The following components are arranged one behind the other:

  • a) einer handelsüblichen Platine eines Plattenwärmetauschers, mit einem Strömungsnutzraum, der von einer umlaufenden Dichtungssicke begrenzt ist und eine Riffelprägung mit beidseitig von oben nach unten durchgehenden Halb-Kanälen aufweist sowie - in Abwandlung zu der Standardausführung - mit einer Mehrzahl von Durchbrüchen im Strömungsnutzraum jeweils in der Nähe einer oberen und einer unteren Kanalbohrung,a) a commercially available circuit board Plate heat exchanger, with a flow usable space, which is limited by a circumferential sealing bead and a corrugated embossing with both sides from top to top has continuous half-channels at the bottom and - in Modification to the standard version - with one A plurality of breakthroughs in the flow usable space each near an upper and a lower one Sewer drilling,
  • b) einer handelsüblichen Dichtung, sowie einem ergänzenden Kanalsteg mit Flachdichtung, der in der Dichtungssicke der Platine zwischen den Durchbrüchen und den Kanalbohrungen angeordnet istb) a commercially available seal, as well as a complementary duct with flat gasket, which in the Sealing bead of the board between the openings and the channel bores is arranged
  • c) einem Siebblech mit der gleichen äußeren Kontur und mit den gleichen Kanalbohrungen wie die Platine, c) a screen plate with the same outer contour and with the same channel holes as the board,  
  • d) einer Membran aus selektiv durchlässigem Material, die allseitig um mindestens die Breite der Dichtungssicke größer ist als der Strömungsnutzraum,d) a membrane of selectively permeable material, the on all sides by at least the width of the sealing bead is larger than the flow usable space,
  • e) einer Flachdichtung mit der gleichen äußeren Kontur wie die Platine sowie mit Aussparungen entsprechend dem Strömungsnutzraum und den Kanalbohrungen,e) a flat gasket with the same outer contour like the board and with recesses accordingly the flow usable space and the channel bores,
  • f) einer ebenen massiven Platine mit entsprechenden Kanalbohrungen sowie mit zusätzlichen, sich an je eine obere und untere Kanalbohrung anschließende Ausnehmungen, die teilweise durch Kanalbleche ausgefüllt sind, sowie nochmalsf) a flat solid board with corresponding Canal bores as well as with additional ones each connecting the upper and lower channel bores Recesses, partially through duct sheets are filled in, as well as again
  • g) je einem der unter (c) bis (e) genannten Bauteile in umgekehrter Reihenfolge (Flachdichtung, Membran, Siebblech) und einer weiteren Flachdichtung.g) one of the components mentioned under (c) to (e) in reverse order (flat seal, membrane, Sieve plate) and another flat gasket.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 beschrieben.Advantageous further developments are in subclaims 2 to 8 described.

Weitere Einzelheiten und Vorteile werden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.Further details and advantages are given in the Figures illustrated embodiments closer explained.

Fig. 1 zeigt eine handelsübliche Platine. Fig. 1 shows a commercially available board.

Fig. 1a zeigt einen Teilschnitt nach Fig. 1. Fig. 1a shows a partial section of FIG. 1.

Fig. 2 zeigt eine handelsübliche Dichtung. Fig. 2 shows a commercially available seal.

Fig. 2a und b zeigen Schnitte durch einen die Dichtung nach Fig. 2 ergänzenden Kanalsteg mit Flachdichtung. FIGS. 2a and b show sections through the seal of FIG. 2 supplementary channel with a flat ridge seal.

Fig. 3 zeigt ein Siebblech. Fig. 3 shows a screen plate.

Fig. 4 zeigt eine Membran. Fig. 4 shows a membrane.

Fig. 5 zeigt eine Flachdichtung. Fig. 5 shows a flat gasket.

Fig. 6 zeigt eine ebene, massive Platine. Fig. 6 shows a flat, solid circuit board.

Fig. 6a und b zeigen Teilansicht und Schnitt durch eine Kanalblech. FIGS. 6a and b show partial elevation and sectional view of a channel plate.

Fig. 7 zeigt eine Anschlußplatine. Fig. 7 shows a connector board.

Fig. 7a und b zeigen Teilansicht und Teilschnitt der Anschlußplatine in vergrößertem Maßstab. Fig. 7a and b show partial view and partial section of the terminal board in an enlarged scale.

Fig. 8 zeigt die Zusammenstellung der Bauteile zu einem Doppelmodul. Fig. 8 shows the compilation of the components to a double module.

Zum Verständnis des Erfindungsgedankens wird von einer handelsüblichen Ausführungsform von Wärmetauscherplatinen ausgegangen. Eine derartige Platine besteht gemäß Fig. 1 aus einem ausgestanzten Blechabschnitt, der Kanalbohrungen (7 bis 10) aufweist, die ebenso von eingeprägten Dichtungssicken (3) (= Doppellinien) umgeben sind, wie der zentrale Strömungsnutzraum (2). Diese Einprägungen definieren die Anordnungsbereiche für Dichtungen (11) und stellen gleichzeitig auf der Rückseite die Auflagefläche für die Dichtungen der benachbarten Platine dar. Der etwa sechseckige Strömungsnutzraum (2) besitzt darüber hinaus eine Riffelprägung (4) (nur teilweise dargestellt), wobei auf beiden Seiten der Platine zickzackförmig verlaufende Halb-Kanäle (5) gebildet werden, die beidseitig von oben nach unten durchgehen. Von den Kanalbohrungen (7 bis 10) gehen außerdem strahlenförmige Einprägungen aus, die ebenfalls Halb-Kanäle (5) definieren und wie auch die übrige Riffelprägung (4) zur gegenseitigen Abstützung der Platinen im eingebauten Zustand dienen (siehe auch Fig. 1a).To understand the inventive concept, a commercially available embodiment of heat exchanger boards is assumed. According to FIG. 1, such a circuit board consists of a punched-out sheet metal section which has channel bores ( 7 to 10 ), which are also surrounded by stamped sealing beads ( 3 ) (= double lines), as is the central flow space ( 2 ). These embossings define the arrangement areas for seals ( 11 ) and at the same time represent on the back the bearing surface for the seals of the adjacent board. The approximately hexagonal flow usable space ( 2 ) also has a corrugated embossing ( 4 ) (only partially shown), with both Half-channels ( 5 ), which run in a zigzag shape, are formed on both sides of the circuit board and pass through from top to bottom on both sides. The channel bores ( 7 to 10 ) also emit radial impressions, which also define half-channels ( 5 ) and, like the rest of the corrugated embossing ( 4 ), serve to mutually support the boards in the installed state (see also FIG. 1a).

Aus Fig. 2 ist die Form einer handelsüblichen Dichtung (11) ersichtlich. Ohne den strichpunktiert dargestellten, ergänzenden Kanalsteg (12) mit Flachdichtung (13) sperrt diese Dichtung auf der Oberseite der Platine (1) die Kanalbohrungen (9 und 10) gegen den Strömungsnutzraum (2) ab, während von den Kanalbohrungen (7 und 8) her Zugang zum Strömungsnutzraum (2) besteht. From Fig. 2, the form of a commercially available gasket (11) is visible. Without the supplementary duct web ( 12 ) with flat gasket ( 13 ) shown in dash-dotted lines, this gasket on the top of the circuit board ( 1 ) blocks the duct bores ( 9 and 10 ) against the usable flow space ( 2 ), while the duct bores ( 7 and 8 ) forth access to the flow usable space ( 2 ).

Damit wäre der Strömungsnutzraum (2) auf der Vorderseite der Platine (1) mit einem Zulauf (Kanalbohrung (7) ) und einem Ablauf (Kanalbohrung (8) ) für ein fluides Mittel verbunden, das beispielsweise aufgeheizt werden soll.This would connect the flow usable space ( 2 ) on the front of the circuit board ( 1 ) to an inlet (channel bore ( 7 )) and an outlet (channel bore ( 8 )) for a fluid that is to be heated, for example.

Bei herkömmlichem Gebrauch der Platine (1) würde darauf eine in allen Punkten identische Platine (1) folgen, bei der lediglich die Dichtung (11) spiegelverkehrt eingelegt ist, so daß deren Strömungsnutzraum (2) auf der Vorderseite mit den Kanalbohrungen (9 und 11) in Verbindung stünde, durch die ein Heizmedium zu- und abgeführt werden könnte. Die Platinen bilden dabei die Trennwände zwischen den beiden beteiligten, unterschiedlich fluiden Mitteln.In conventional use of the circuit board ( 1 ), this would be followed by a circuit board ( 1 ) which is identical in all points, in which only the seal ( 11 ) is inserted in a mirror-inverted manner, so that its flow effective space ( 2 ) on the front with the channel bores ( 9 and 11 ) would be connected through which a heating medium could be supplied and removed. The boards form the partitions between the two different fluids involved.

Erfindungsgemäß weist die Platine (1) jedoch eine Mehrzahl von Durchbrechungen (6) auf, wodurch die Strömungsräume (2) der Vorder- und Rückseite der Platine (1) auf der Vorderseite mit den Kanalbohrungen (7 und 8) in Verbindung stehen. Auf der Rückseite der Platine (1) liegt eine Flachdichtung gemäß Fig. 5 auf, die den Strömungsnutzraum (2) gegen alle Kanalbohrungen (7 bis 10) abdichtet.According to the invention, however, the circuit board ( 1 ) has a plurality of openings ( 6 ), as a result of which the flow spaces ( 2 ) on the front and rear of the circuit board ( 1 ) communicate with the channel bores ( 7 and 8 ) on the front. A flat gasket according to FIG. 5 rests on the back of the circuit board ( 1 ) and seals the flow usable space ( 2 ) against all the channel bores ( 7 to 10 ).

In der Dichtungssicke (3) zwischen den Durchbrüchen (6) und den Kanalbohrungen (7 und 8) ist die Dichtung (11) auf der Vorderseite der Platine (1) durch einen Kanalsteg (12) mit Flachdichtung (13) gemäß Fig. 2a und b ergänzt. Dadurch wird einerseits in diesem Bereich der Dichtungssicke (3) eine Auflage für das nachfolgend anzuordnende Siebblech (14) gemäß Fig. 3 geschaffen, andererseits aber der Strömungsweg zwischen dem Strömungsnutzraum (2) und den Kanalbohrungen (7 und 8) nicht unterbrochen. In the bead ( 3 ) between the openings ( 6 ) and the channel bores ( 7 and 8 ), the seal ( 11 ) on the front of the circuit board ( 1 ) through a channel web ( 12 ) with a flat seal ( 13 ) according to FIGS. 2a and b added. Thereby, the sealing bead (3) is provided a support for the to be disposed below screen plate (14) of FIG. 3 on the one hand in this range, on the other hand, the flow path between the Strömungsnutzraum (2) and the channel bores (7 and 8) are not interrupted.

Der Kanalsteg (12) besteht aus einem Blechstreifen (22), der auf einer Seite senkrecht zu seiner Längserstreckung eine Mehrzahl von halbkreisförmigen Ausnehmungen (23) aufweist, die in eingebautem Zustand mit der Platine (1) halbkreisförmige Durchtrittskanäle (24) bilden. Der Kanalsteg (12) und die Flachdichtung (13) sind auf den bei einer handelsüblichen Dichtung (11) freibleibenden Bereich der Dichtungssicke (3) abgestimmt und weisen zusammen auch die gleiche Höhe wie eine handelsübliche Dichtung (11) auf.The channel web ( 12 ) consists of a sheet metal strip ( 22 ) which has on one side perpendicular to its longitudinal extent a plurality of semicircular recesses ( 23 ) which, in the installed state, form semicircular passage channels ( 24 ) with the circuit board ( 1 ). The channel web ( 12 ) and the flat gasket ( 13 ) are matched to the area of the sealing bead ( 3 ) which is left free in a commercially available gasket ( 11 ) and together also have the same height as a commercially available gasket ( 11 ).

Fig. 3 zeigt ein ebenes Siebblech (14) mit entsprechenden Kanalbohrungen (7 bis 10), wobei die Lochung nur teilweise dargestellt ist. Fig. 3 shows a flat screen plate ( 14 ) with corresponding channel bores ( 7 to 10 ), the perforation being shown only partially.

Aus Fig. 4 ist die Form der Membran (15) ersichtlich, die aus selektiv durchlässigem Material besteht und allseitig um mindestens die Breite der Dichtungssicke (3) größer ist als der Strömungsnuztraum (2).From Fig. 4, the shape of the diaphragm (15) can be seen which consists of selectively permeable material and on all sides by at least the width of the sealing bead (3) is greater than the Strömungsnuztraum (2).

Fig. 5 zeigt eine Flachdichtung (16) mit Aussparungen entsprechend den Kanalbohrungen (7 bis 10) und entsprechend dem Strömungsnutzraum (2). Wichtig ist, daß die Flachdichtung (16) allseitig etwas größer ist als die äußere Kontur der Membran (15) und in diesen Bereichen überall dichtend aufliegt, damit die Membran (15) gegen radialen Austritt fluider Mittel abgedichtet ist. Fig. 5 shows a flat gasket ( 16 ) with recesses corresponding to the channel bores ( 7 to 10 ) and corresponding to the flow space ( 2 ). It is important that the flat seal ( 16 ) is somewhat larger on all sides than the outer contour of the membrane ( 15 ) and rests sealingly in these areas so that the membrane ( 15 ) is sealed against radial leakage of fluid.

In Fig. 6 ist eine ebene, massive Platine (17) dargestellt, die außer den Kanalbohrungen (7 bis 10) noch zwei Ausnehmungen (18 und 19) im Anschluß an die Kanalbohrungen (9 und 10) mit Auflagen (26) aufweist. Die Ausnehmungen (18 und 19) sind in zusammengebautem Zustand teilweise durch Kanalbleche (20, 21) ausgefüllt (in Fig. 6 strichpunktiert dargestellt). Diese Kanalbleche bestehen gemäß Fig. 6a und 6b aus einem Bodenblech (20) mit eingearbeiteten Nuten (25) und einem Deckblech (21). Die beiden Bleche sind miteinander verbunden und weisen die gleiche Dicke auf wie die Platine (17). Die Kanalbleche werden mittels über die Bodenbleche (20) vorstehende Randstreifen (27) der Deckbleche (21) in die Auflagen (26) der Platine eingepaßt.In Fig. 6 a flat, solid circuit board ( 17 ) is shown, which in addition to the channel bores ( 7 to 10 ) has two recesses ( 18 and 19 ) following the channel bores ( 9 and 10 ) with supports ( 26 ). The recesses ( 18 and 19 ) are partially filled in the assembled state by channel plates ( 20 , 21 ) (shown in phantom in FIG. 6). These channel plates are made according to FIGS. 6a and 6b from a bottom plate (20) having incorporated grooves (25) and a cover plate (21). The two sheets are connected to one another and have the same thickness as the circuit board ( 17 ). The channel plates are fitted into the supports ( 26 ) of the board by means of edge strips ( 27 ) of the cover plates ( 21 ) protruding from the base plates ( 20 ).

Anschlußplatinen (28) gemäß Fig. 7 werden benötigt, wenn innerhalb des Stapels aus flächigen Bauteilen ein Fluid zu- oder abgeführt werden muß, denn die Kanäle entsprechend den Kanalbohrungen (7 bis 10) sind normalerweise nur am Anfang und Ende des Stapels zugänglich. Die Anschlußplatine (28) weist normale Kanalbohrungen (7 und 8) auf. Außerdem modifizierte Kanalbohrungen (9′ und 10′), die über Kanäle (29) in der Ebene der Anschlußplatine (28) mit äußeren Anschlüssen (30 und 31) in Verbindung stehen. Einzelheiten sind in den Fig. 7a und 7b vergrößert dargestellt und bedürfen keiner weiteren Erläuterung.Connection boards ( 28 ) according to FIG. 7 are required if a fluid has to be supplied or removed from flat components within the stack, because the channels corresponding to the channel bores ( 7 to 10 ) are normally only accessible at the beginning and end of the stack. The connection board ( 28 ) has normal channel bores ( 7 and 8 ). In addition, modified channel bores ( 9 'and 10 '), which are connected via channels ( 29 ) in the plane of the connection board ( 28 ) with external connections ( 30 and 31 ). Details are shown enlarged in FIGS. 7a and 7b and require no further explanation.

In Fig. 8 sind alle Bauteile eines Doppel-Moduls in funktioneller Anordnung hintereinander dargestellt, und zwar von links nach rechts: Platine (1), Dichtung (11) (mit Kanalsteg), Siebblech (14), Membran (15), Flachdichtung (16), Platine (17), Flachdichtung (16), Membran (15), Sieb (14), Flachdichtung (16). Nach rechts schließen sich die Bauteile mit der Platine (1) beginnend in gleicher Reihenfolge je nach Bedarf einmal oder mehrmals wiederholend an. Eine Vorrichtung mit derartigen Modulen wird zur Abtrennung einer Komponente aus einem strömenden fluiden Gemisch folgendermaßen betrieben.In Fig. 8 all components of a double module are shown in a functional arrangement one behind the other, from left to right: circuit board ( 1 ), seal ( 11 ) (with channel web), screen plate ( 14 ), membrane ( 15 ), flat seal ( 16 ), circuit board ( 17 ), flat gasket ( 16 ), membrane ( 15 ), sieve ( 14 ), flat gasket ( 16 ). To the right, the components with the circuit board ( 1 ) are repeated one or more times, starting in the same order as required. A device with such modules is operated as follows to separate a component from a flowing fluid mixture.

Über die Leitung (32), gebildet aus den Kanalbohrungen (10), wird das Gemisch der Platine (17) zugeführt und über das Kanalblech (20, 21) auf beiden Seiten der Platine (17) nach innen in Richtung auf die Strömungsnutzräume (2) verteilt. Letztere werden zwischen der Platine (17) und den beidseitig jeweils im Anschluß an die Flachdichtung (16) aufgelegten und durch die Siebbleche (14) abgestützten Membranen (15) gebildet. Die Membranen (15) sind für eine Komponente des fluiden Gemisches durchlässig, die bei der Pervaporation auf deren Rückseite dampfförmig anfällt (Permeat), während der Rest des fluiden Gemisches (Retentat) über das obere Kanalblech (20, 21) in die Leitung (33), gebildet aus den Kanalbohrungen (9) abfließt. Das Permeat wird nach Durchtritt durch die Siebbleche (14) in den Strömungsnutzräumen (2) auf der Vorder- und Rückseite der Platinen (1) gesammelt und als Dampf oben wie unten durch die Kanalstege (12) in die Leitungen (34 und 35), gebildet aus den Kanalbohrungen (7 und 8), abgeführt.Via line (32) formed of the channel bores (10), the mixture of the board (17) is supplied via the channel plate (20, 21) on both sides of the board (17) inwardly toward the Strömungsnutzräume (2 ) distributed. The latter are formed between the circuit board ( 17 ) and the membranes ( 15 ) placed on both sides following the flat gasket ( 16 ) and supported by the screen plates ( 14 ). The membranes ( 15 ) are permeable to a component of the fluid mixture which is vaporized on the back during pervaporation (permeate), while the rest of the fluid mixture (retentate) via the upper channel plate ( 20 , 21 ) into the line ( 33 ), flows out of the channel bores ( 9 ). After passing through the sieve plates ( 14 ), the permeate is collected in the flow spaces ( 2 ) on the front and rear of the plates ( 1 ) and as steam through the channel webs ( 12 ) above and below into the lines ( 34 and 35 ), formed from the channel bores ( 7 and 8 ), discharged.

Die Bauteileanordnung gemäß Fig. 8 wird Doppel-Modul genannt, weil die Gemischzuführung über die Platine (27) auf zwei Membranen (15) erfolgt. Je einer Platine (1) oder (17) sind also zwei Membranen (15) zuzuordnen, wobei sich eine sehr kompakte und wirtschaftliche Bauweise ergibt.The component arrangement according to FIG. 8 is called a double module because the mixture is supplied via the circuit board ( 27 ) on two membranes ( 15 ). Each membrane ( 1 ) or ( 17 ) can be assigned to two membranes ( 15 ), resulting in a very compact and economical construction.

Zu bemerken ist noch, daß alle Membranen (15) und damit auch alle Platinen (1 und 17) strömungstechnisch parallel geschaltet sind. Auf diese Weise können Vorrichtungen mit sehr großer Trennkapazität in einem Stapel vereinigt werden. Andererseits ist es aber unter Verwendung der Anschlußplatinen (28) auch möglich, in einem einzigen Stapel mittlere Funktionen zu realisieren.It should also be noted that all membranes ( 15 ) and thus also all boards ( 1 and 17 ) are connected in parallel in terms of flow. In this way, devices with a very large separation capacity can be combined in one stack. On the other hand, however, using the connection boards ( 28 ) it is also possible to implement medium-sized functions in a single stack.

So kann man beispielsweise einen Stapel als zweistufige Trennvorrichtung mit Zwischenerwärmung des fluiden Gemisches ausbilden, indem das Retentat aus der Leitung (23) nach außen abgeführt und nach externer Aufheizung über die Leitung (32) in den zweiten Teil der Trennvorrichtung wieder aufgegeben wird.For example, a stack can be designed as a two-stage separating device with intermediate heating of the fluid mixture, in that the retentate is discharged to the outside from line ( 23 ) and, after external heating, is fed back into the second part of the separating device via line ( 32 ).

Man kann einen Stapel mittels der Anschlußplatinen (28) auch als Trennvorrichtung mit integriertem Kondensator ausbilden, indem das Retentat nach Durchlauf einer vorgegebenen Anzahl von Modulen oben abgeführt wird und der zweite Teil des Stapels mit üblichen Platinen als Wärmetauscher zur Kondensation des Permeats dient, wobei ein Kühlmittel unten an der Anschlußplatine (28) zu- oder abgeführt werden kann.One can also form a stack by means of the connection boards ( 28 ) as a separating device with an integrated capacitor, in that the retentate is discharged after passing through a predetermined number of modules and the second part of the stack is used as a heat exchanger for condensing the permeate with conventional boards Coolant can be supplied or removed at the bottom of the connection board ( 28 ).

Die Verwendung des erfindungsgemäßen Doppel-Moduls ist daher nicht nur sehr platzsparend und wirtschaftlich, sie erlaubt in Verbindung mit der Anschlußplatine (28) auch eine sehr flexible Anpassung der Vorrichtung an die verschiedensten Bedürfnisse bei der Abtrennung einzelner Komponenten aus strömenden fluiden Gemischen mittels selektiv durchlässigem, flächigem Material.The use of the double module according to the invention is therefore not only very space-saving and economical, it also allows, in connection with the connection board ( 28 ), a very flexible adaptation of the device to the most varied of requirements when separating individual components from flowing fluid mixtures by means of selectively permeable, flat material.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Abtrennung einzelner Komponenten aus strömenden fluiden Gemischen mittels selektiv durchlässigem, flächigen Material (Pervaporation, Gaspermeation, Umkehrosmose, Ultrafiltration), bestehend im wesentlichen aus einem unter Verwendung handelsüblicher Platinen von Plattenwärmetauschern aufgebauten Stapel von im wesentlichen rechteckigen und in ihrer äußeren Kontur übereinstimmenden, flächigen Bauteilen, die mittels Zugankern zwischen End-Platten randseitig abdichtend zusammengepreßt sind und die innenliegende flache Strömungsnutzräume sowie in den vier Eckbereichen integrierte Zu- und Abfuhrkanäle aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel eine Mehrzahl von Doppel-Modulen aufweist, die jeweils aus folgenden, hintereinander angeordneten Bauteilen bestehen:
  • a) einer handelsüblichen Platine (1) eines Plattenwärmetauschers, mit einem Strömungsnutzraum (2), der von einer umlaufenden Dichtungssicke (3) begrenzt ist und eine Riffelprägung (4) mit beidseitig von oben nach unten durchgehenden Halb-Kanälen (5) aufweist sowie - in Abwandlung zu der Standardausführung - mit einer Mehrzahl von Durchbrüchen (6) im Strömungsnutzraum (2) jeweils in der Nähe einer oberen und einer unteren Kanalbohrung (7,8),
  • b) einer handelsüblichen Dichtung (11) sowie einem ergänzenden Kanalsteg (12) mit Flachdichtung (13), der in der Dichtungssicke (3) der Platine (1) zwischen den Durchbrüchen (6) und den Kanalbohrungen (7,8) angeordnet ist,
  • c) einem Siebblech (14) mit der gleichen äußeren Kontur und mit den gleichen Kanalbohrungen (7 bis 10) wie die Platine (1),
  • d) einer Membran (15) aus selektiv durchlässigem Material, die allseitig um mindestens die Breite der Dichtungssicke (3) größer ist als der Strömungsnutzraum (2),
  • e) einer Flachdichtung (16) mit der gleichen äußeren Kontur wie die Platine (1) sowie mit Aussparungen entsprechend dem Strömungsnutzraum (2) und den Kanalbohrungen (7 bis 10),
  • f) einer ebenen massiven Platine (17) mit entsprechenden Kanalbohrungen (7 bis 10) sowie mit zusätzlichen, sich an je eine obere und untere Kanalbohrung (9 und 10) anschließende Ausnehmungen (18, 19), die teilweise durch Kanalbleche (20, 21) ausgefüllt sind, sowie nochmals
  • g) je einem der unter (c) bis (e) genannten Bauteile in umgekehrter Reihenfolge (Flachdichtung (16), Membran (15), Siebblech (14) ) und einer weiteren Flachdichtung (16).
1. Device for the separation of individual components from flowing fluid mixtures by means of selectively permeable, flat material (pervaporation, gas permeation, reverse osmosis, ultrafiltration), consisting essentially of a stack of essentially rectangular and the outer contour of which is constructed using commercially available plates of plate heat exchangers , flat components, which are pressed together by means of tie rods between the end plates in a sealing manner and which have internal flat flow spaces as well as supply and discharge channels integrated in the four corner areas, characterized in that the stack has a plurality of double modules, each of which consists of the following , components arranged one behind the other are:
  • a) a commercially available board (1) a plate heat exchanger, Figure 3) is provided with a Strömungsnutzraum (2) by a circumferential sealing bead (limited and a corrugated embossing (having both sides from the top through the bottom half-channels (5) 4), and - as a modification to the standard version - with a plurality of openings ( 6 ) in the flow usable space ( 2 ) in each case in the vicinity of an upper and a lower channel bore ( 7 , 8 ),
  • b) a commercially available seal ( 11 ) and a supplementary channel web ( 12 ) with a flat seal ( 13 ) which is arranged in the sealing bead ( 3 ) of the circuit board ( 1 ) between the openings ( 6 ) and the channel bores ( 7 , 8 ),
  • c) a screen plate ( 14 ) with the same outer contour and with the same channel bores ( 7 to 10 ) as the circuit board ( 1 ),
  • d) a membrane ( 15 ) made of selectively permeable material, which is larger on all sides by at least the width of the sealing bead ( 3 ) than the flow usable space ( 2 ),
  • e) a flat gasket ( 16 ) with the same outer contour as the circuit board ( 1 ) and with cutouts corresponding to the flow usable space ( 2 ) and the channel bores ( 7 to 10 ),
  • f) a flat solid circuit board ( 17 ) with corresponding channel bores ( 7 to 10 ) and with additional recesses ( 18 , 19 ) adjoining an upper and lower channel bore ( 9 , 10 ), which are partially covered by channel plates ( 20 , 21 ) are filled out and again
  • g) one of the components mentioned under (c) to (e) in reverse order (flat seal ( 16 ), membrane ( 15 ), screen plate ( 14 )) and a further flat seal ( 16 ).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalsteg (12) aus einem Blechstreifen (22) besteht, der auf einer Seite senkrecht zu seiner Längserstreckung eine Mehrzahl von halbkreisförmigen Ausnehmungen (23) aufweist. 2. Device according to claim 1, characterized in that the channel web ( 12 ) consists of a sheet metal strip ( 22 ) having a plurality of semicircular recesses ( 23 ) on one side perpendicular to its longitudinal extent. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalsteg (12) in der Dichtungssicke (3) der Platine (1) derartig befestigt ist, daß zwischen Blechstreifen (22) und Platine (1) halbkreisförmige Durchtrittskanäle (24) gebildet werden und eine auf die glatte Seite des Blechstreifens (22) aufgelegte Flachdichtung (13) in der Höhe bündig mit dem in die übrigen Bereiche der Dichtungssicke (3) eingelegten Standarddichtung (11) abschließt.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the channel web ( 12 ) in the sealing bead ( 3 ) of the circuit board ( 1 ) is fastened such that semicircular passage channels ( 24 ) are formed between sheet metal strips ( 22 ) and circuit board ( 1 ) and a flat gasket ( 13 ) placed on the smooth side of the sheet metal strip ( 22 ) is flush in height with the standard gasket ( 11 ) inserted in the remaining areas of the gasket ( 3 ). 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalbleche aus einem Bodenblech (20) mit eingearbeiteten Nuten (25) und einem Deckblech (21) bestehen, die miteinander verbunden sind und die gleiche Dicke aufweisen wie die Platine (17).4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the channel plates consist of a bottom plate ( 20 ) with incorporated grooves ( 25 ) and a cover plate ( 21 ) which are connected to one another and have the same thickness as the circuit board ( 17 ). 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalbleche mittels über das Bodenblech (20) vorstehende Randstreifen (27) des Deckblechs (21) in entsprechenden Auflagen (26) der Platine (17) eingepaßt sind.5. The device according to claim 4, characterized in that the channel plates by means of the bottom plate ( 20 ) projecting edge strips ( 27 ) of the cover plate ( 21 ) in corresponding supports ( 26 ) of the board ( 17 ) are fitted. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem Anschlußplatinen (28) mit der gleichen äußeren Kontur wie die übrigen Bauteile vorgesehen sind.6. The device according to claim 1, characterized in that also connection boards ( 28 ) are provided with the same outer contour as the other components. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußplatinen (28) wie die übrigen Bauteile je eine obere und untere Kanalbohrung (7, 8) aufweisen. 7. The device according to claim 6, characterized in that the connection boards ( 28 ) like the other components each have an upper and lower channel bore ( 7 , 8 ). 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußplatinen (28) außerdem je eine obere und untere Kanalbohrung (9′ und 10′) aufweisen, die über nach außen führende Kanäle (29) in der Ebene der Anschlußplatinen (28) mit äußeren Anschlüssen (30, 31) in Verbindung stehen.8. The device according to claim 7, characterized in that the connection boards ( 28 ) also each have an upper and lower channel bore ( 9 'and 10 '), with the outwardly leading channels ( 29 ) in the plane of the connection boards ( 28 ) outer connections ( 30 , 31 ) are connected.
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